市政与环境工程改性钢渣的制备及其吸附除磷性能

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 市政与环境工程改性钢渣的制备及 其吸附除磷性能 摘要： 中国论文网 /8/view-13003823.htm 研究了改性钢渣吸附除磷影响因 素、等温吸附线特征和吸附动力学，并 对生物处理后的出水进行吸附除磷研究。 结果表明：在初始磷浓度 10 mg/L，投 加量 10 g/L、pH 为 7 时，改性钢渣吸 附后总磷浓度为 0.687 mg/L，去除率达 93%；改性钢渣对磷的吸附符合 Langmuir 模型，理论饱和吸附量是 1.977 mg/g，吸附动力学符合准二级动 力学模型（R20.99） ；实际生活污水的 吸附除磷中，投加量为 50 g/L，反应 2 h 后出水总磷浓度达到城镇污水处理 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 厂污染物排放标准 （GB 189182002）一级 B 标的排放要求。 关键词： 污水处理；除磷；吸附；改性钢 渣 中图分类号：TQ424.2 文献标志码：A 文章编号： 16744764（2016）06012906 Abstract： The influence factors， adsorption isotherm and kinetics of phosphate removal by modified steel slag were investigated in this study. In addition， the modified steel slag was applied to the phosphate removal of effluent after biological treatment. Result showed that the concentration of total phosphorus decreased to 0.678 mg/L and the removal rate reached 93% after adsorption by modified steel slag at 10 mg/L of initial phosphorus concentration， 10 g/L dosage of modified steel slag and pH -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 7；The adsorption of phosphorus by modified steel slag was in accordance with the Langmuir isotherm model and the theoretical saturated capacity was 1.98 mg/g. The adsorption process could be well described by the pseudo secondorder kinetics（R20.99 ）. Furthermore， in the treatment of domestic wastewater， the total phosphorus concentrations of effluent reached the first B grade discharge standard of GB189182002 after treated by modified steel slag for 2 hours with a dosage of 50 g/L. Keywords ： sewage treatment；phosphorus removal；adsorption；modified steel slag 磷不同于碳、氮，在自然界的循 h 是不可再生的，因此，如何从废水 中去除并回收磷资源是目前研究的重要 课题1。目前，除磷方法主要有化学沉 淀法、生物法、吸附法等24。化学除 磷不管是在除磷量还是除磷效果方面， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 都有很显著的优势5，但实际应用中存 在药剂投加量大、污泥难处理等不足； 生物法除磷稳定性差且处理效果差，难 以达到国家标准6。吸附除磷是通过具 有大比表面积、多孔隙的物质对水中 PO3-4 的亲和力实现除磷过程7，具有 工艺简单、处理成本低、运行可靠等优 点。既可以作为生物除磷后的强化处理， 也可以作为单独除磷方法8。另外，通 过解吸作用将吸附后的磷进行回收，实 现资源的重复利用9。 吸附除磷的关键是找到一种吸附 容量高、速度快、价格低廉的吸附剂。 目前采用较多的吸附剂有：沸石、粉煤 灰、钢渣、硅藻土等，其中钢渣是钢铁 工业中的副产物，含有 Ca、Fe、Al、Si 等金属氧化物，其特点是密度大、孔隙 多、固液分离速度快、来源广泛且廉价 10。开发钢渣在废水治理中的应用是 一种经济且有效的方法，对废水除磷有 重要的意义。 1 材料与方法 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 1.1 材料与仪器 钢渣：来源于重庆钢铁（集团） 有限责任公司，80 目筛分后用蒸馏水清 洗干净烘干备用。 仪器：TU1901 紫外可见分光光 度计、pHs3C 型精密酸度计、手提式不 锈钢高压灭菌锅、OTF1200X 开启式真 空管式炉、XMTD8222 水浴恒温振荡器、 HDL4 台式电动离心机、XRF1800 型 X 射线荧光光谱仪。 试剂：磷酸二氢钾、浓硫酸、过 硫酸钾、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑 钾、盐酸、氢氧化钠、均为分析纯。 含磷实验用水：用 KH2PO4（分 析纯）配置 50 mg/L 的贮备液备用。 生活污水：采用经生物滤池生物 接触氧化处理后的出水。 1.2 实验方法 1.2.1 钢渣改性 用 3 mol/LNaOH 溶液浸泡烘干 后的钢渣 24 h，再于开启式真空管式炉 中 700 下煅烧 1 h。改性后钢渣的主 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 要化学成分经 XRF 分析，结果见表 1。 1.2.2 除磷实验称取一定量的改性 钢渣于 250 mL 具塞锥形瓶中，并加入 含磷废水 100 mL，调节 pH，在恒温摇 床中以 150 r/min 的速度振荡一定时间 后，在 3 500 r/min 下离心 5 min，取上 清液。 1.2.3 总磷含量测定 用钼酸铵分光光度法 （GB1189389）测水中总磷含量。吸 取上清液适量于 50 mL 具塞比色管中， 加入过硫酸钾稀释至 25 mL 刻度线，于 手提式不锈钢高压灭菌锅中 120 下消 解 30 min；冷却至室温后依次加入抗坏 血酸和钼酸盐，用紫外分光光度计测定 吸光度值，根据标线算出水中总磷含量。 2 结果与讨论 2.1 吸附影响因素 通过改变影响除磷效果的因素： 初始磷质量浓度、钢渣投加量、pH，依 次考察这 3 个主要因素对除磷效果的影 响。按式（1） 、式（2）分e 计算磷的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 去除率及吸附量。 =（C0-Ct）/C0100%（1） qt=（C0-Ct）V/m（2） 式中： 为磷去除率，%；C0 为 初始磷质量浓度，mg/L；Ct 为 t 时刻残 余磷浓度，mg/L；qt 为 t 时刻钢渣对磷 的吸附量，mg/g；V 为废水体积， mL；m 为钢渣投加量，g。 2.1.1 初始磷浓度对吸附的影响 初始含磷质量浓度为： 5、10、15、20 和 25 mg/L 时，分别加 1 g 改性钢渣，调节 pH=7，于恒温摇床 中振荡吸附 30 min，改性钢渣对磷的去 除效果见图 1。 图 1 表明，随着初始磷质量浓度 的增加，钢渣对磷的吸附量越来越大。 主要是由于初始磷质量浓度越高，可供 钢渣吸附的磷越多；同时，含磷废水本 身和钢渣外表面液膜之间的浓度差越大， 磷向钢渣表面迁移的动力就越大。因此， 增大磷质量浓度有利于提高钢渣的吸附 作用11。但钢渣对磷的去除率却呈先 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 增后减的趋势，这主要是由于随着初始 磷质量浓度的增加，钢渣吸附量增大， 逐渐达到饱和，对磷的吸附效果减弱。 因此，可以认为，1 g 改性钢渣的最大 吸附能力为 100 mL 质量浓度为 15 mg/L 的含磷废水。 2.1.2 钢渣投加量对吸附的影响 初始磷质量浓度为 10 mg/L 时， 分别取改性钢渣投加量为 0.2、0.6、10、1.4 和 1.8 g，调节 pH=7，于恒温摇床中振荡吸附 30 min，对磷的去除效果见图 2。 图 2 表明，随着钢渣投加量的增 大，磷的吸附量逐渐降低，去除率却逐 渐增大。主要是由于吸附时间较短，吸 附未达到饱和，所以去除率增大。随着 投加量继续增大，残余磷含量不断减少， 吸附过程逐渐达到平衡，吸附量和去除 率也趋于稳定。综上，在吸附时间为 30 min 时，选择较佳的改性钢渣投加量为 1 g/100 mL。 2.1.3 初始 pH 对吸附的影响 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 初始磷质量浓度为 10 mg/L，投 加量 1 g，改变初始 pH 为： 4、5.5、7、8.5 和 10，吸附 30 min 后 对磷的去除效果见图 3。 计算 0.1 mol/L 的 Na2CO3 解吸 后的钢渣吸附再生率达 40.56%，表明 Na2CO3 是很好的解吸附剂，同时，改 性钢渣作为吸附剂可以很好的重复利用。 2.5 改性钢渣对生活污水的除磷 研究 重庆大学 B 区学生宿舍生活污水 经生物滤池生物接触氧化处理后， 取其尾水进行吸附强化除磷实验。分别 取 80 目改性钢渣 1、3 和 5 g 于 250 mL 具塞锥形瓶中，加入生物处理尾水 100 mL，振荡吸附，分别在 15、30、60、90、120、180、240、360 、480 min 取出，离心取上清液测出水 总磷含量。 测定生物处理尾水总磷浓度为 14.1 mg/L，初始 pH 为 7.11。前述 pH -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 对除磷效果的影响中得知，在 pH=5.57.5 范围内，改性钢渣对磷的 去除效果最佳，故实际污水处理中 pH 可不做调整就在改性钢渣除磷效果最佳 范围内，实验结果见图 6。 图 6（a ）可以看出，不同投加量 下，随着吸附时间的延长，出水总磷浓 度均不断降低，这与前述模拟废水除磷 实验结果相吻合。另外，随着投加量的 增大，出水总磷质量浓度越低。投加量 5 g 时，在吸附 120 min 后出水总磷质 量浓度就降到了 1 mg/L 以下，达到一 级 B 标的排放要求；而投加量 1 g 时的 效果不如模拟废水处理效果好，这主要 是由于实际生活污水体系比 KH2PO4 模 拟废水复杂，废水中除了含磷物质，还 含有氮、有机物和重金属离子等，因此， 综合处理难度会加大17 。图 6（b）中 去除率的变化与图 6（a ）结果相一致， 随投加量增大，吸附平衡后，改性钢渣 对总磷的去除率分别达到 85.52%、91.59%和 9496%。说明，改性 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 后钢渣可以应用于低磷含量的生活污水 强化除磷处理，并取得很好的处理效果。 3 结论 1）改性钢渣除磷能力受初始磷 质量浓度、钢渣投加量及初始 pH 的影 响。初始磷质量浓度越大、钢渣投加量 越大，除磷效果越好；除磷最佳 pH 范 围为 5.57.5。 2）改性钢渣对磷的吸附符合 Langmuir 模型，理论饱和吸附量是 1.977 mg/g。吸附动力学符合准二级动 力学模型（R20.99） ，是一个“快速吸 附，缓慢平衡” 的过程。